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2024暑期iHUB·上海:理论物理学专题:星际介质、暗物质与暗能量的数学模型建立,弗里德曼方程与广义相对论理论下的宇宙时空结构探究

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2024-05-12

  开始日期: 2024-07-06

  课时安排: 3周专业预修与在线科研+14天面授科研+5周在线论文指导

  适合人群

  适合年级 (Grade): 高中生/大学生

  适合专业 (Major): 物理学、宇宙学、星系天文学、数学等理科专业或者未来希望修读相关专业的学生;对宇宙、天体物理充满热忱的学生;

  学生需要具备物理学基础,并具有一定微积分、线性代数基础

  建议选修: 天文学与天体物理

  导师介绍

  Mark

  麻省理工学院 (MIT)终身教授

Mark

  Mark导师现任麻省理工学院(MIT)物理系终身教授、理论天体物理学家 Professor Mark is a theoretical astrophysicist and a tenured professor of physics at the Massachusetts Institute of Technology

  曾获素有“诺贝尔风向标”美誉的美国斯隆研究奖(Sloan Research Fellowship)、布切特宇宙学奖(BCP);连续2次获得全球最大的综合性学术网站”Web of Science”高引用量研究员“称号。他也是迄今为止最权威的星系形成模拟系统——揭示计划(Illustrate Program)的主要设计者之一。Sloan Research Fellowship and Buchter Cosmology Prize (BCP) in the United States, which are known as the "Nobel vane"; He has been awarded the title of "Highly Cited Researcher" by Web of Science, the world's largest comprehensive academic website, for two consecutive times. He was also one of the main architects of the most authoritative simulation of galaxy formation to date, the Program Illustrate.

  国际天文和天体物理界最具声望的博士后Hubble Fellow科研基金、哈佛-史密松(ITC)天体物理中心博士后研究基金、哈佛大学-美国国家航空航天局(NASA)科研基金;The most prestigious postdoctoral research Foundation in international astronomy and astrophysics, the Postdoctoral Research Foundation of Harvard-Smithsonian (ITC) Center for Astrophysics, and the research Foundation of Harvard-National Aeronautics and Space Administration (NASA);

  在校主要讲授天体物理、量子物理、粒子物理、电动力学等多个课程。主要研究兴趣包括星系结构和形成、暗物质物理和大规模流体动力学模拟。The school mainly teaches astrophysics, quantum physics, particle physics, electrodynamics and other courses. Major research interests include galaxy structure and formation, dark matter physics, and large-scale fluid dynamics simulations.

  任职学校

  麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology),简称麻省理工、MIT,在2022年QS世界大学排名中位列第一、2019年QS发布的世界大学就业能力排名,麻省理工学院位居第一,雇主声誉和校友成就两个指标都获得第一。麻省理工学院位于美国马萨诸塞州波士顿都市区剑桥市,主校区依查尔斯河而建,是世界著名私立研究型大学。截止2019年,麻省理工共走出了21位计算机界最高奖图灵奖得主 ,93位诺贝尔奖得主,8位数学界最高奖菲尔兹奖。

  项目背景

  宇宙是什么?它从哪里来,要到哪里去?

  关于宇宙的终极思考,使得一代又一代哲学家和科学家为之着迷,并追寻它的答案。2019年诺贝尔物理学奖花落三位天体物理学家,以表彰他们帮助人类更加深入地了解宇宙演化,探索系外行星世界,突破了人类对宇宙的认知边界。近些年来,随着大量的观测数据变得可用,理论模型与超级计算机模拟逐步结合,宇宙学和星系形成研究正在迎来黄金时代。

  星系形成模拟在宇宙学研究中扮演着至关重要的角色。使用计算机模拟技术,可以在超级计算机上模拟出宇宙的演进过程。堪称当今世界上最为详细的星系形成模拟之一的“揭示计划”(Illustris Project)成功地模拟出了宇宙中超过40000个星系。模拟结果与实际宇宙观测情况存在惊人一致。

  项目接轨世界前沿星系模拟理论和技术。学生将在项目主导师(“揭示计划”的首席科学家和主要设计者)的指导下,完成星系模拟。

  项目介绍

  项目内容设计天体物理学、理论物理学和宇宙学知识、并在上述理论的基础上讲授天体的形成模拟方法等知识与案例实战,除此之外项目亮点在于引入了世界前沿星系模拟理论和技术Illustris Project。学生将在项目主导师(“揭示计划”的首席科学家和主要设计者)的指导下,了解前沿星系形成理论、星系模拟理论,完成星系形成模拟。而模拟星系的意义在于帮助人类更好、更精确地研究宇宙的起源诞生、发展规律和未来趋势。学生将在课程结束时提交项目报告,进行成果展示。

  个性化研究课题参考:

  高纯锗探测器在粒子物理与天体物理中的应用

  星系恒星形成历史及特性演化研究

  原初和主序星系在不同尺度下的恒星形成

  项目大纲

  宇宙学与系外天文学导论:宇宙学概论、宇宙尺度与结构,暗物质与暗能量的博弈 Introduction to Cosmology and Extragalactic Astronomy: Basic cosmology and structure formation, dark matter and dark energy

  星系演化的模拟方法:模拟宇宙的基本思想和方法、IllustrisTNG、EAGLED等星系形成模拟系统学习 Cosmological simulations: asic idea of simulations and simulation methods, IllustrisTNG, EAGLE, etc.

  宇宙学基本理论:广义相对论、弗里德曼方程、哈勃定律,宇宙学原理、爱因斯坦-德西特宇宙模型 Theoretical cosmology:Friedmann equations, general relativity, Hubble law, cosmological principle, Friedmann equation, Einstein-de Sitter Universe

  宇宙膨胀理论:膨胀理论概述、宇宙微波背景辐射(CMB)概念及分布、宇宙的几何形状猜想、辐射光谱、磁单极子问题 Motivation for Inflation: Flatness problem, horizon problem, seed problem, monopole problem, Discuss the CMB and power spectrum

  项目回顾与成果展示 Program review and presentation

  论文辅导 Project Deliverables Tutoring

  项目收获

  3周专业预修与在线科研+14天面授科研+5周不限时在线论文指导

  项目报告

  优秀学员获主导师Reference Letter

  EI/CPCI/Scopus/ProQuest/Crossref/EBSCO或同等级别索引国际会议全文投递与发表指导(可用于申请)

  结业证书

  成绩单

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